MENDELNET 2011
PROTEIN PROFILE OF TENEBRIO MOLITOR Bednářová M.1, Adam V.2, Jelen F.3, Borkovcová M.4 1
Institute of Service of information technology, Mendel University in Brno, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Czech Republic 2 Department of chemistry and Biochemistry, Faculty of Agronomy, Mendel University in Brno, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Czech Republic 3 Institute of Biophysics, Academy of Sciences of the Czech Republic, v.v.i., Královopolská 135, 612 65 Brno, Czech Republic 4
Department of Zoology, Fisheries, Hydrobiology and Apiculture, Faculty of Agronomy, Mendel University in Brno, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Czech Republic E-mail:
[email protected] ABSTRACT Our objective was to gather the results of previous studies of protein profile of the insect species Tenebrio molitor and to complete this data with analysis of the amount and composition of purines of this species, which haven’t been done yet. Liophilisation, variance-analysis, mineralization and differential pulse voltammetry were used for the analysis. T. molitor contains an average of 13.26% protein, of which 50.10% are essential amino acids. All the essential amino acids were detected in analyzed proteins. Most abundant amino acid was lysine (9.52%); the limiting amino acid was tryptophan (0.32%). The content of purine compounds in comparison with chicken meat and egg white was in the rate of 30:1:0.5 (chicken:egg white:T. molitor). This work discusses the possibility of using proteins of T. molitor as functional foods for patients with medically ordained limited protein intake. Key words: essential amino acids, purine, kidney-illness
549
MENDELNET 2011
ÚVOD Jedním z možných důvodů, proč přijmout hmyz jako jednu z kvalitních komodit ve výživě člověka, může být i zjištění, že nejen v zemích třetího světa, ale také ve vyspělých zemích může u některých sociálních skupin obyvatelstva docházet přechodně k nedostatečnému příjmu nutných živin. Například adolescence je kritické životní období provázené změnami v životním stylu, kdy rodiče částečně ztrácí kontrolu nad skladbou jídelníčku dítěte (Samuelson, 2000). Nedostatečný příjem potravy a/nebo nedostatek konkrétních živin může vést k vyčerpání energetických zásob, úbytku svalové hmoty a mnoha dalším zdravotním poruchám (Eisenstein, 1997). Významnou roli ve správné výživě člověka hrají bílkoviny, a to zejména bílkoviny živočišného původu. Kromě tradičních zdrojů (hovězí, vepřové, drůbež, ryby, plody moře) se nabízí využití mnoha druhů hmyzu. Hmyz, představující více než polovinu všech známých žijících organismů, nabízí úžasnou biodiverzitu a také vysokou nutriční hodnotu (Ramos-Elorduy, 1996). Zvýšený zájem o hmyz se projevil už i v zemích střední Evropy, a tedy i v České republice (Kráčmar, et al., 2005; Borkovcová et al., 2005). Zde jsou chováni v největší míře cvrčci (Grillus assimillis), and potemníci (Tenebrio molitor – konzumují se larvální stádia). Aby tyto zdroje mohly být využity ve výživě člověka, je třeba provádět důkladné analýzy nutričního složení. Proto bylo cílem této práce zjistit skladbu bílkovinného komplexu druhu T. molitor a navrhnout vhodný způsob začlenění této bílkoviny jako potraviny ve výživě člověka.
MATERIÁL A METODIKA Pro stanovení základních nutričních hodnot a možnosti jejich ovlivnění byly navrženy 4 kategorie s odlišnou krmnou dávkou, a sice otruby, otruby a karotka (6:1), otruby a sušená syrovátka (3:1) a otruby a pivovarské kvasnice (3:1). Dále byla vytvořena kategorie nedostatečně krmení mouční červi. Pro úplnost přehledu o možnostech využití druhu T. molitor byly dále provedeny rozbory svlečků a exkrementů. Do každé kategorie bylo zařazeno 100 g moučných červů, kteří byli po dobu 14 dnů krmeni navrženou směsí ad libitum, kategorie nedostatečně krmených jedinců dostávala malé množství otrub až po zkonzumování dosavadní krmné dávky. V každé kategorii byla provedena 3 opakování. Mouční červi byli získáni z komerčního chovu (Fa R. Frýželka, Česká republika) Stanovení sušiny, N-látek a tuku bylo provedeno na přístroji SPECTER AA 30 Varian. Stanovení brutto energie bylo provedeno na přístroji Bomb Calorimeter 1281 (f. PAAR). Pro stanovení purinových derivátů byla provedena mineralizace a pulzní voltametrie u vzorku moučných červů, a pro srovnání také u vzorku syrového kuřecího masa a sušeného bílku. Příprava vzorku pro diferenční pulzní voltametrii – mineralizace - proběhla následovně: sušený a rozdrcený vzorek (0,025 g) byl smíchán s HCl (6 M, 0,5 ml). Připravený vzorek byl přenesen do skleněné 550
MENDELNET 2011 vialky (MG5) a umístěn v rotoru (64MG5). Rotor se vzorky byl umístěn v mikrovlnném systému a následně mineralizován (Multiwave3000, Anton PaarGmbH, Německo). Podmínky mikrovlnné rozkladu byly následující: výkon 100 W, rampa 10 min, doba provozu 140 min, doba chlazení 10 min. Vlastní měření purinových derivátů bylo provedeno pomocí diferenční pulzní voltametrie, která patří mezi elektroanalytické metody a lze s její pomocí analyzovat purinové deriváty i v přítomnosti kationtů dvojmocné mědi. Analýza je založena na tvorbě komplexu Cu(I)-purin, jeho nahromaděním na elektrodě, a jeho následným rozpuštěním za vzniku voltametrického píku. Příslušné rovnice jsou na schématu: CPE: : 1. krok
Cu(II) + e– → Cu(I) Cu(I) + purin → Cu(I)-purin
2. krok
Cu(I)-purin → Cu(II) + purin + e–
Pro stanovení optimální diety sledovaného pacienta bylo provedeno 7denní měření příjmu živin (Graf 1) a na základě srovnání s doporučovaným příjmem živin celkově a esenciálních aminokyselin (Tab. 1) byl navržen jídelníček s přidáním hmyzích bílkovin.
Graf 1: Příjem jednotlivých živin klientem během sedmidenního sledování [g] Legenda: čísla 1-7 označují po sobě jdoucí dny číslo 8 udává průměrnou hodnotu z předcházejících sedmi dnů
551
MENDELNET 2011
požadavky (mg/kg tělesné hmotnosti/den) kojenci
děti
dospělí
histidin
28
?
10
izoleucin
70
28
10
leucin
161
42
14
lysin
103
44
12
metionin a cystein
58
22
13
fenylalanin a tyrosin
125
22
14
treonin
87
28
7
tryptofan
17
3,3
3,5
valin
93
25
10
Tab. 1: Požadavky na příjem esenciálních aminokyselin u různých věkových kategorií (National Research Council, 1989.
VÝSLEDKY A DISKUZE Základní nutriční hodnoty larev T. molitor byly následující: průměrný obsah sušiny 294,12 g/ kg, obsah N-látek 469,84 g/kg sušiny, obsah tuku 375,70 g/kg sušiny. Těmto vysokým hodnotám obsahu N-látek a tuku také odpovídá brutto energie - 26,995 MJ/kg (Tab. 2). Obsah jednotlivých aminokyselin ve vzorku moučných červů krmených standardní směsí je v Tab. 3. Srovnání množství purinových látek ve vzorku sušeného bílku, kuřecího masa a moučných červů je v Grafu 2. Srovnání výskytu jednotlivých aminokyselin při různé dietě je v Tab. 4. % sušiny
% tuku v sušině
BE MJ/kg
% NL
Průměrný obsah NL (%)
29,412
37,570
26,995
47,120
46,984
Tab. 2: Základní nutriční hodnoty moučných červů krmených otrubami
cys
asp
met
thr
ser
glu
pro
gly
ala
val
ile
leu
tyr
phe
his
lys
arg
4,7 34,8 4,9 20,4 26,4 52,5 26,6 39,8 47,3 27,5 17,5 30,8 20,5 3,9 11,5 44,7 47,5 Tab. 3: Obsah aminokyselin ve vzorku moučných červů krmených otrubami
552
MENDELNET 2011
Graf 2: Srovnání obsahu purinových látek u standardu (vaječný bílek), kuřete a hmyzu
g/1000 g vzorku
Otruby
Otruby + kvasnice
Otruby + karotka
Otruby + syrovátka
cys
2,873
2,953
2,940
2,745
asp
31,513
34,340
34,510
31,430
met
4,555
4,804
4,313
4,167
thr
23,560
24,416
25,557
24,196
ser
22,487
24,426
23,482
24,150
glu
45,480
53,770
49,688
44,333
pro
32,584
18,222
25,396
27,093
gly
37,036
39,091
41,571
39,552
ala
45,963
46,611
50,247
48,913
val
29,667
30,006
33,058
30,401
ile
18,604
19,128
19,889
18,394
leu
29,457
29,793
32,787
29,147
tyr
1,000
1,131
1,158
0,704
phe
0,682
0,501
0,520
0,986
his
16,602
15,543
14,960
18,426
lys
27,151
27,282
29,283
26,336
arg
10,823
13,333
7,655
9,828
Tab. 4: Srovnání obsahu aminokyselin ve vzorcích T. molitor při různé skladbě krmiva
553
MENDELNET 2011 Ve snaze zpomalit progresi onemocnění ledvin se v řadě případů (ne ve všech) omezuje spotřeba bílkovin ve stravě. Tento kontrolovaný příjem bílkovin má pozitivní vliv i na snížení příjmu fosfátů a purinů, jejichž zvýšená hladina v organismu je pro tato onemocnění typická. Vzhledem k vysokému podílu esenciálních aminokyselin a nízkému obsahu purinových látek se bílkovina moučných červů jeví jako vhodná pro pacienty s ledvinovou nedostatečností. Jako nová komodita byl do jídelníčku klienta zařazen hmyz, a sice na všední den předem upečené tyčinky z mouky, lněného semínka a hmyzu, a na víkendy pokrmy s přídavkem hmyzu.
ZÁVĚR V práci bylo provedeno stanovení dusíkatých látek a jednotlivých aminokyselin u druhu T.molitor. Bylo potvrzeno, že bílkovina tohoto druhu hmyzu je poměrně kvalitní, obsahuje vysoký podíl esenciálních aminokyselin a zároveň malý podíl purinových látek, a je tedy vhodnou potravinou pro pacienty s ledvinovou nedostatečností.
LITERATURA Bednářová M., Borkovcová M., Zorníková G., Zeman L. (2010): Hmyz jako potravina v České republice- nutriční hodnota, legislativní rámec, zájem veřejnosti. In MendelNet 2010 Proceedings of International Ph.D. Students Conference. 1. vyd. Brno: Mendelova univerzita v Brně, Agronomická fakulta, 2010, 674-682. ISBN 978-80-7375-453. Borkovcová M., Hönigová M., Kráčmar, S. (2005): Insect as a part of pets and farm animals diet. In VI. Kábrtovy dietetické dny. 1. vyd. Brno: Veterinární a farmaceutická univerzita v Brně, 101104. ISBN: 80-7305-521-X. Eisenstein E. (1997): Chronic undernutrition during adolescents. Ann. N. Y. acad. sci. 817, 138-161 Kráčmar S., Borkovcová M., Hönigová M., Hedbávný J., Fialová M., Zeman L. (2005): Risk elements in insects used as a part of pets and farm animals diet. In Hredzak S., Bindas L. (2005): XIV. Vedecké symposium o ekológii vo vybraných aglomeráciach Jelšavy - Lubeníka a Stredného Spiša. 1. vyd. Košice: Ústav geotechniky SAV Košice, 75 -78. Ramos-Elorduy J. (1997): Insects: A sustainable source of food? Ecology of food and nutrition, 36, 2-4, 247-276. Samuelson G. (2000): Dietary habits and nutritional status in adolescents over Europe. An overview of current studies in the Nordiv countries. Eur. J. clin. Nutr. 54 (Suppl. 1), S21-S28. National Research Council (1989): Recommended Dietary Allowances, 10th Edition, National Academy of Sciences.
554
